_薛定谔猫佯谬_与量子力学新进展_史建新
量子力学中的猫思想实验
量子力学中的猫思想实验猫思想实验，是奥地利物理学家埃尔温·薛定谔于1935年提出的一种思想实验，旨在探索量子力学的基本理论和量子叠加态的概念。
这个实验被广泛讨论和引用，成为量子力学领域的经典案例之一。
猫思想实验的设想是，将一只猫作为一个封闭系统，放置在一个密封的箱子中。
在箱子中同时放置一个放射性衰变物质和一个探测器，当探测器探测到放射性物质衰变时，释放一种毒气，导致箱中的猫死亡。
但在观察者未打开箱子之前，无法确定猫的生死状态。
根据量子力学的叠加态原理，猫将处于生和死两种状态的叠加状态，直到观察者打开箱子进行观察。
这个实验被用来描述量子力学中的测量问题以及物质的波粒二象性。
根据量子力学的原理，在观察者进行观察之前，猫将处于一个既生又死的叠加态。
当观察者打开箱子观察时，猫将塑造出一个确定的状态，要么是生的，要么是死的。
猫思想实验的出现，引发了广泛的讨论和争议。
它挑战了常识和经典物理的观念，并催生了许多思考量子力学的哲学问题。
例如，该实验暗示了观察者的观测会影响物质的状态，这与经典物理学中客观存在的概念形成鲜明对比。
实验还引发了对量子测量过程的本质和测量结果的解释的争议。
一些学者认为猫的状态在观测之前就已经确定，只是人类无法观测到，并提出了诸如多世界诠释等的理论来解释该实验。
尽管猫思想实验并没有真正实施过，但它对于研究量子力学的基本概念和哲学问题有着深远的影响。
它激发了物理学家对量子力学基础理论的进一步研究，推动了量子信息科学、量子计算和量子技术等领域的发展。
总结起来，猫思想实验是量子力学领域中一个富有启发性和争议性的思想实验，它引发了对量子力学基本概念和哲学问题的深入思考。
这个实验设想了一个猫同时处于生和死的叠加状态的场景，并挑战了经典物理学的观念。
尽管实际的实验并未进行，但猫思想实验对于量子力学的研究和发展产生了重要影响。
奇怪的物理学现象薛定谔的猫
奇怪的物理学现象薛定谔的猫奇怪的物理学现象：薛定谔的猫薛定谔的猫是一个非常有趣且令人困惑的物理学思想实验，它涉及到量子力学中的一个概念：量子叠加态。
这个概念由奥地利物理学家埃尔温·薛定谔提出，用来解释微观粒子的特性。
在这个思想实验中，一只猫被置于一个封闭的箱子中，而它的命运则取决于量子力学的原理。
在这个实验中，假设有一种放射性物质及其相关的仪器，可以产生一个封闭箱子里的猫处于两种状态中的叠加态。
这两种状态可以是生和死。
根据量子力学的原理，当观察者无法获得关于这个系统的任何信息时，猫既是活着又是死去的。
这种叠加态的想法听起来非常荒谬和不可思议，因为在日常观察中，我们不会发现这种违背常识的现象。
但在量子力学的世界里，这是可能的。
量子力学是研究微观领域的物理学分支，其规律常常与我们熟悉的经典物理学相冲突。
薛定谔的猫实验正是这种冲突的一个典型例子。
要理解薛定谔的猫，我们需要先了解量子力学中的概念和原理。
量子力学认为微观粒子的性质不是确定的，而是以概率的形式存在。
这意味着在某些实验中，我们只能预测粒子在某个特定状态下出现的概率，并无法准确地知道它的确切状态。
在薛定谔的猫实验中，当猫与封闭箱子中的放射性物质发生相互作用时，放射性物质会以一定概率衰变，从而触发一个装置释放气体杀死猫。
根据量子力学的原理，放射性物质处于自旋向上和自旋向下的叠加态。
这个叠加态会传递到猫的生死状态上。
当观察者不打开箱子并观察时，猫将处于量子叠加态中，既处于生的状态，也处于死的状态。
这种思想实验强调了观察者的观察会对量子系统产生影响。
只有当观察者打开箱子并观察时，量子态才会坍缩到确定的状态。
这引发了一个关于观察和量子态塌缩的哲学问题。
在量子力学中，量子态的塌缩意味着一个系统从多种可能状态中坍缩到唯一确定状态的过程。
薛定谔的猫实验通过一个生动的例子展示了这一思想。
如果我们接受这个实验的结果，那么观察者的存在似乎对于量子系统的演化起到了至关重要的作用。
薛定谔的猫量子力学范畴
薛定谔的猫量子力学范畴薛定谔的猫量子力学是一种著名的量子力学理论，由俄国物理学家薛定谔（Erwin Schrödinger）提出。
这个理论在20世纪初就引起了物理学界的广泛关注，直到20世纪50年代，它才渐渐被理解并接受为正确的理论。
一、薛定谔的猫实验薛定谔的猫实验是一个具有史诗般传奇色彩的实验，用以检验量子力学的有效性。
实验涉及到一只猫处在一个密闭的容器中，里面有一个一放射性原子，当一放射性原子衰变时，它会释放出有毒物质，从而对猫产生致命的影响。
薛定谔认为，当系统处于量子力学状态时，原子以及猫同时处于活着和死亡同等概率的状态，因此实验结果是无法预测的。
二、影响薛定谔的猫量子力学不仅对物理学和量子力学有着重大影响，同时还对多种科学领域产生了深远影响，比如哲学、计算机科学、认知科学等等。
1、在哲学方面，薛定谔的猫实验突出了量子力学的随机性和不可预测性，这种不确定性引发了许多关于经典物理学和量子物理学之间关系的思考。
2、在认知科学方面，薛定谔的猫实验引出了一种主观性，即在某种程度上，物体的性质取决于观察者如何看待它们。
3、在计算机科学方面，薛定谔的猫实验指出了量子的不可预测性和灵活性，成为量子算法和量子计算的基础理论，从而对互联网的发展影响至深。
三、后续发展薛定谔的猫实验已经引发了许多关注，此后又展开了许多改良：Delayed-Choice Quantum Eraser试验、Delayed Choice 量子实验、Time Reversal实验等等，都表明了量子物理不确定性的另一面。
今天，量子科技和薛定谔的猫量子力学实验已经成为了不可忽视的量子生物学的研究重点。
许多学者通过研究量子效应如何影响和影响细胞的生命活动，为确定未来药物等生物医药领域提供希望。
四、结论薛定谔的猫量子力学实验不仅改变了物理学，同时还影响着许多其它科学领域。
它提出了新的科学问题，引发了后续研究，也为许多新领域的发展提供了有力证据。
“薛定谔的猫”佯谬的五种解释，最奇葩精神分裂解释
“薛定谔的猫”佯谬的五种解释，最奇葩精神分裂解释“薛定谔的猫”是量子力学最著名的思想实验，也可能是已知宇宙中最著名的思想实验，甚至是所有宇宙中最著名的思想实验，如果多重宇宙解释成立的话。
薛定谔和爱因斯坦都是因果论的死忠，因此对哥本哈根诠释关于电子没人观测时处于叠加态，有人观测则波函数轰然坍缩，从而随机选择一个确定的状态存在的解释非常不满，爱因斯坦提出了EPR佯谬，薛定谔则配合设计了这个历史上最著名的思想实验来批驳哥本哈根诠释。
薛定谔的这只量子宠物很不幸，它和一个毒气瓶、一个放射性粒子一起，被放进一个密闭的盒子里，任何时刻粒子衰变与不衰变的可能性都是50%。
粒子衰变，则通过一个装置打破毒气瓶，猫便一命呜呼；粒子未衰变，则猫仍然活得莺歌燕舞。
粒子何时衰变完全是随机的，问题的关键是，在盒子没有打开之前，我们怎么知道猫是活的还是死的呢？我们只能说猫处于一种既死又活的叠加态。
薛定谔的猫成功地把微观世界（粒子）的不确定性转移到了宏观世界（猫），可谓用心险恶，杀机重重。
此后几十年的时间里，这只猫吸引了无数物理学家的视线，对它究竟是死是活的诠释产生了各种稀奇古怪的量子理论，下面介绍其中主要的五种，希望有一款能合您的口味。
1、哥本哈根诠释。
猫在盒子里处于薛定谔波函数的概率幅中，呈现出既死又活的叠加状态，当我们看它一眼，波函数便轰然坍缩，猫随机选择死或者活的确定状态存在。
也就是说，我们的观测决定了猫的生死，后来发展到人的意识可以决定宇宙状态的人择原理，有些唯心的味道了。
2、多重宇宙论。
猫在盒子里处于薛定谔波函数的概率幅中，呈现出既死又活的叠加状态，当我们看它一眼，波函数并没有坍缩，而是把我们包括整个宇宙都加入到叠加状态中！即活猫+宇宙和死猫+宇宙的状态，换句话说，就是我们看它一眼，宇宙和我们就都分裂成了两个，一个宇宙中的我们看到的是活猫，另一个宇宙中的我们看到的是死猫，两个宇宙互相平行，各不相干。
自宇宙诞生以来，已经经历了无穷多次分裂，所以我们的身边存在着无穷多个平行宇宙。
量子力学中的薛定谔猫问题探析
量子力学中的薛定谔猫问题探析量子力学是现代物理学中的一个重要分支，其研究的对象是微观粒子和它们之间的相互作用。
薛定谔方程是量子力学的基础，它描述了微观粒子的波函数随着时间的演化。
薛定谔猫问题是薛定谔方程中的一个趣味性问题，本文将对这个问题进行探析。
薛定谔猫是一只纯虚的猫，它既存活又死亡，这听起来有些荒诞。
但是，通过薛定谔猫问题，我们可以认识到量子力学中的“叠加态”和“测量”等重要概念。
薛定谔猫问题的实验模型是这样的：有一只猫，它被放在一个箱子里。
在箱子的一端有一个放射源，该放射源可以放出一种粒子，比如说放射性衰变的α粒子。
如果这个粒子衰变了，会发射一个β粒子，并打开一个装置，使得箱子中的氰化物（高度有毒）瓶子破裂并释放出氰化氢毒气。
猫在这样的环境中，要么幸存，要么死亡。
在经典物理学中，当我们盖上盖子，我们便无法知道猫幸存与否，因为我们无法观察到这些微观粒子的状态。
而在量子力学中，微观粒子的状态是用“波函数”来描述的。
在薛定谔猫问题中，瓶子并没有破裂，α粒子也没有发生衰变的时候，猫的状态是“未知”的，它既有死亡的可能，也有存活的可能；而瓶子破裂，α粒子发生衰变的时候，猫的状态就会被“测量”出来，它既咽气了，也许还有“好的复活”，或者还是嗓音教皇。
这里的“测量”是量子力学中的一个特殊概念，它指的是对微观粒子的状态进行观测，从而让微观粒子的状态发生一次“塌缩”，从而变成“已知状态”。
在薛定谔猫的实验模型中，当我们打开箱子，瓶子破裂或不破裂，α粒子衰变或不衰变，我们就对猫的状态进行了一次“测量”，使得猫的状态得到了“塌缩”，变成了死亡或幸存的状态之一。
薛定谔猫问题的关键在于“叠加态”。
在经典物理学中，猫的状态只有两种，幸存或死亡。
但是，在量子力学中，猫的状态是“叠加态”，既幸存又死亡，具有相同的概率。
这种“叠加态”反映了微观世界的“奇妙性”，是量子力学与经典物理学之间的巨大差异。
从薛定谔猫问题中，我们可以认识到量子力学中的“叠加态”和“测量”等重要概念。
从量子测量的最新进展看薛定谔猫佯谬 共27页PPT资料
二、什么是薛定谔的猫
下图刻画了所谓的薛定谔猫假想实验 ,薛定谔 设想:将一只猫关在一个盒子里 ,盒子里还置 有一个放射源、 一个毒气瓶以及一套受检测 器控制的、 由锤子构成的传动装置.放射源以 每秒 1/ 2 的几率放射一个粒子,这个粒子触发 检测器 ,驱动锤子击碎毒气瓶将猫毒死.而如 果没有粒子释放出来 ,则猫仍然活着.放射源 何时放射粒子是不确定的，按量
子力学解释是处于 0 和 1 的叠加态 ,那么在 未打开盒子进行观测前 ,按量子力学解释这 只猫也应处于死猫和活猫的叠加态。
三、薛定谔猫引发的哲学讨论
由 “薛定谔猫佯谬” 可以延伸出两个科学 问题: 1)量子力学是否适用于宏观世界 ? 2)在量子测量中,量子叠加态如何向统计混 合态过渡 ? 与之相应,也可以延伸出两个哲学问题: 1)量子态是否是一种真实的客观存在; 2)如果是 ,它能否被客观地认识.
薛定谔（Erwin Schrdinger, 1887～1961）, 奥地利理论物理学家。薛定谔最杰出的贡 献是在1925年底至1926年初提出了薛定谔 方程。他还证明了波动力学和矩阵力学在 数学上是等价的，是量子力 学的两种形式。为此，薛 定谔荣获1933年的诺贝尔 物理学奖。以后，他致力 于研究有关波动力学的应 用和统计诠释，以及广义 相对论和统一场论问题。
地完成了量子叠加态退相干过程的动力学观 察 ,揭示了量子测量中量子系统相干性的消 失 ,经典性的出现确实与人类观察者的 “主 观介入” 不相干.
这个实验的理论意义可以归纳为以下几点：
（1）试验通过验证多粒子体系也可以出于量子叠 加态，表明了“薛定谔猫”态可以客观存在，物 质世界的本性是量子的。
然而 ,在薛定谔时代 ,由于争论的这些关键 性问题在当时无法用实验检验 ,只是停留在 思辨性的层面上 ,因此 ,难免就使许多人产 生了理解上的偏差 ,从而引起了追随科学前 沿的不同哲学流派的争论
对“薛定谔猫”佯谬的认识和思考
Ｖｏ ． ０ Ｓ ｐ １ １ ｕ ｐｌ Ｊ １２ １ ｕ．００
对“ 薛定 谔 猫 ＂ 谬 的认 识和 思考 佯
杨 中服
（ 广东 工业 大学 物理 与光 电工程学院 ， 广东 广州 ， １０ ６ ５ ００ ） 摘 要： 文章 阐述 了“ 薛定谔 猫” 佯谬产生 的背景 、 具体 内容 以及 由此 引发 的一些基本 哲学 问题 的争论 ， 分析 了争 论存在 的原 因和解决争论 的途径。 由此进 一步验证 了： 实践是检验 真理 的唯一标 准， 客观 实在 性是 物质 世界 的基本属性 ， 实验推 动科 学快速 前进 。 关键词 ：薛定谔猫佯谬 量子态 科学实验 客观实在性
锤子 ， 锤子由一个电子开关控制 ， 电子开关由放射性 原 子控 制 。如 果原 子核 衰变 ， 则放 出阿尔法 粒子 ， 触
动 电子 开关 ， 子 落 下 ， 碎 毒药 瓶 ， 放 出里 面 的 锤 砸 释 氰 化物气 体 ， 猫 必 死 无 疑 。如 果 我们 不 揭 开 密 室 此 的盖子 ， 根据我 们 在 日常生 活 中的 经验 ， 以认 定 ， 可 此猫 或者 死 ， 者活 。这 是她 的两种 本征 态 。但是 ， 或 如果 我们 用薛定 谔方 程来 描 述 “ 定 谔猫 ” 则 只 能 薛 ， 说 ， 处 于一种 活 与 不 活 的叠 加 态 。我 们 只 有在 揭 她 开盖 子 的一 瞬 间 ， 能 确 切 地 知 道 此 猫 是 死 是 活 。 才 此时 ， 的波 函 数 由 叠 加 态 立 即 收 缩 到 某 一 个 本 猫
征态 。
微 观世 界 的描述方 法 和我们 熟悉 的宏 观世界 的 描 述方 法是 大 相 径 庭 的 ：ｌ 观 粒 子 诸 如 电子 、 ＿微 质 子 、 子等都 有一 个奇 怪 的性 质 ： 光 它们 在 同一个 时刻 可 以既 在这里 又在 那里 ， 既是 粒 子又是 波 ， 就像有 分 身法 术一 样 。 当我 们 不 去 观 测 它们 时 ， 们 就 这样 它 同时 以一 定 的几率 处于 多个 位置 或多种 状态 的叠 加 之中， 因此你 既不 能谈论 它们 的轨 迹 ， 不能 说 明它 也 们 的真实 状态 是 什 么 。而 一旦 你 去 观 测 它们 时 ， 它 们将 以一 定 的几率处 于 一个确 定 的位置 或者 一种 确 定 的状态 ， 我们 把这 种变 化 过程 称 为 “ 相 干 ” 退 。这 是一 个与 我们 的直 觉 经 验完 全 不 一 致 的世 界 ， 显 其 著 的反直 观 的特 征 是 用 经 典 的思 维模 式 难 以理 解 的 。例如 ， 照 我们 日常 对宏 观物 体 认 识 的 习惯 经 按 验 ， 个物体 在某 一 时 刻 只 能处 于一 个 确定 的位 置 一 或 者一 种确 定 的状态 ， 么在这 里要 么在那 里 ， 要 或者 是 这样 或者 是那样 ， 者必 居其 一 。 二
“薛定谔猫佯谬”与量子力学新进展
去观测它们时 ， 它们将 以一定 的几率处于一个确定 的位置或者一种确 定 的状态。 观粒子 的这种性质是与我们 的 日 微 常生活经验大相径庭 的， 也 曾使许多物理学家大惑不解 ，常常把微观粒子 的这种多个位置或多 种状态同时共存 的性质 ， 说成是微观粒于 的量子相干叠加 性。 根据量子
其中 ，ａ 表示 原子处 于基态而猫是活的几 率 ，Ｂ 表示原子处 于 ｌＩ ｌｌ 激发态而猫是死 的几率 ， 二者满 足 ｌ ‘ ＩＩ １ Ｉ ＞ Ｉ ＞ ｌ ｐ‘ ， ｆ 和 分别代表 ＋ ＝ ｌ
辐射原子衰变与否的状态 ， 即激发态 和基态 。所 以 ， 两个量子关联状态 的叠加就形成 了一 只死活叠加的“ 薛定谔猫 ” 。 这只不幸 的猫在人们打开盒子往里看之前 ，他 只能处于非死非活 的、 亦死亦活 的死活叠加的状态。 只有 盒子被打开观察时这 只猫才能结 束这种死 活叠加 的状态 ，使得干涉项的猫 的波 函数塌缩到一个确定 的 死 态 或活 态 ， 即 ｆ ＞＝ 活猫 ＞ｏ ｌ 猫 ｌ ｒ死猫 ＞ （） ３ 这就产生 了一个十分怪异 的结论 ：猫 的死活竟然依赖于观察者 的
“ 定谔 猫 佯 谬 ” ２ 纪 ３ 薛 是 Ｏ世 ０年 代 著 名 物 理 学 家 薛 定 谔 提 出 的一 个 颇 具 困 惑性 的思 想 实 验 ， 的 产 生 不 仅 有 科 学 上 的 诱 因 ， 且 有 哲 学 它 而 上 的 渊 源 。 文 将 对 “ 定 谔猫 佯 谬 ” 生 的科 学 背 景 、 本 薛 产 物理 本 质 以及 蕴 含 的 哲 学 意义 进 行 较 为 深 入 的 分 析 ， 以促 进 我 们 对 量 子 力 学 的 本 质 的 进一步理解 ， 同时解决长期 围绕量子力学概念所展开的哲学观念之争。 “ 定 谔 猫 ” 生 的 科 学背 景 薛 产 ２ Ｏ世纪 ２ Ｏ年代中期 ， 以物理学家玻尔为首的“ 哥本 哈根学派” 对描 述微 观 世 界 物 质 运 动 规 律 的 量 子 力 学 的 概 念 基 础 进 行 了 全 面 的 理 论 诠 释 ， 出 了量 子 力 学 的 “ 本 哈 根 解 释 ” 根 据 “ 本 哈 根解 释 ” 在 微 观 提 哥 。 哥 ， 世界， 由于 测 量 仪 器 对 于微 观 粒子 存 在着 “ 可 控 制 ” 干 扰作 用 ， 而 不 的 因 我们 对 于 微 观 粒 子 测 量 ， 不再 是一 个 独 立 于 观 测 作 用 的客 观 过 程 。 一 这 解 释 的一 些 极 端 说 法 甚 而 认 为 ，微 观 粒 子 不 再 是 一 种 独 立 于 观察 者 主 体 的客观存在。“ 哥本 哈根解释” 的这种说法， 不仅在物理学家内部 引起 了激 烈 的争 论 ， 生 了 长达 数 十 年 的 玻 尔一 爱 因斯 坦 之 争 ， 且 在 国 际 产 而 哲 学 界 也 引 起 了 追 随科 学 前 沿 的不 同 哲 学 流 派 的关 注 。 量 子 力 学 为 何 会 引 起 诸 多 的 观 念 之 争 ？ 个 重 要 的原 因在 于 ， 子 一 量 力 学 作 为 深 入 到 微 观领 域 的理 论 ，所 描 述 的是 一个 与 我们 的直 觉 经 验 完全不一致的世界， 其显著 的特征是用经典的思维模式难 以理解的。 例 如， 按照我们的习惯 经验， 一个物体在某一 时刻 只能处 于一个确定 的位 置或者一种确定的状态 。 例如将一枚硬币抛起而落地时 ， 要么正面朝上 要么反面朝上 ， 几率均为 １ 。然 而， ／ ２ 在量子世界 ， 由经典物理学规定 的 日常 生 活 的 规律 不 再 适 用 。所 有 的微 观 粒 子 诸 如 电 子 、 子 、 子 等 都 质 光 有一个奇怪的性质 ， 即它们在 同一个时刻可 以既在这里又在那里 ， 既是 粒子又是波 ， 就像有分身法术一样 。当我们不去观测它们时 ， 它们就这 样 同时以一定的几率处于多个位置或多种状态 的叠加之 中。而一旦你
薛定谔猫悖论
哥本哈根学派的几率诠释
以玻尔为代表的哥本哈根学派的解释： 放射性原子的衰变可以用波函数来描 述。当用波函数描述放射性元素“衰变” 或“没有衰变”这两种不同状态的组合时， 我们称之为“波的迭加态”。
在没有打开箱子时，放射性原子进入了 衰变与不衰变的迭加态，这时猫就成了一 只处于迭加态的猫，即一只又死又活、半 死半活的猫。只有当实验者打开箱子的时 候，迭加态突然结束（用数学术语说就是 “坍缩”），我们才能知道猫的确定态： 死，或者活。
显然，这是有背常理的：直到某人窥视 盒内看个究竟以前,不幸的猫继续处于一种 悬而未决的死活状态之中。理论上讲, 猫自 己还是知自己道是活还是死的。但根据量 子测量假说，处在这种怪态上，猫的生死 是打开盒子前的“客观存在”，而决定于 打开盒子后的“观察”。看上去这个推论 是不合理的，因而称之为“薛定谔猫佯谬”
--总结---总结-以上问题，只是量子物理中诸多基本 问题的两个。最近，基于这些量子力学基 本问题的研究，人们发现基本的量子力学 观念也可能具有直接的应用价值。这就是 目前关于量子信息的研究：量子力学的基 本概念有可能改变人们对信息存贮、提取 和传输过程的理解，从而加速信息科学的 发展。
• 爱因斯坦等认为，量子力学不满足于完备 性判据和实在性判据，所以是不完备的； 量子力学蕴涵着EPR悖论，所以不能认为 它提供了对物理实在的完备描述。 • 玻尔以测量仪器与客体实在的不可分性为 理由，否定了EPR论证的前提——物理实 在的认识论判据，从而否定了EPR实验的 悖论性质。
爱因斯坦等人提出的EPR悖论，激发了 量子力学新理论、新学派的形成和发 展。 玻姆在爱因斯坦等人的EPR论证的基 础上，进一步提出了EPRB（B代表玻尔） 实验——EPR实验的自旋版本。贝尔提出 的著名不等式正是基于这个实验。
量子力学的猫薛定谔的观察实验
量子力学的猫薛定谔的观察实验量子力学是一门研究微观粒子行为的物理学科，它描述了微观领域中的粒子在不同状态下的行为规律。
其中，薛定谔的观察实验证明了量子力学的一个重要原理，即超position和量子纠缠。
本文将详细阐述薛定谔的猫实验的背景、实验过程和理论意义。
1. 背景在20世纪初，人们发现了微观世界存在一些与经典物理学规律不符合的现象。
例如，光的波粒二象性和电子的波动性质等。
这些现象无法用经典物理学的规律进行解释，因此，科学家开始研究和发展新的物理学理论。
薛定谔的猫实验是量子力学的经典实验之一，由奥地利物理学家埃尔温·薛定谔于1935年提出。
该实验旨在揭示量子力学中的奇特现象，如叠加态和量子纠缠。
2. 实验过程薛定谔的猫实验中，我们设想了一个封闭的盒子里有一只猫和一个放射性物质的样品。
当样品发生衰变时，一个探测器会触发打开一瓶剧毒气体，从而导致猫的死亡。
按照经典物理学的理论，我们可以合理地推断出，在盒子里的猫将会处于两种状态之一，即活着或死亡。
然而，根据量子力学的原理，这只猫可以同时处于活着和死亡的叠加态，直到我们进行观察并测量到其具体状态。
3. 理论意义薛定谔的猫实验在理论上证明了量子力学中的叠加态和量子纠缠现象。
叠加态是指粒子可以同时处于多个状态之间的叠加状态，也就是说，粒子既不是A状态，也不是B状态，而是A和B状态的叠加。
量子纠缠是指两个或多个粒子之间的状态之间存在密切联系，无论它们相隔多远。
实践中，薛定谔的猫实验尚未被真正地实施。
然而，这个实验对于解释量子力学中的一些概念和原理起到了举足轻重的作用。
它揭示了微观世界中的奇特行为，并挑战了我们传统的经典物理学观念。
4. 应用尽管薛定谔的猫实验还没有在实际中得到实施，但量子力学的相关原理和概念已经被广泛应用于许多领域。
其中，量子计算、量子通信和量子密码学等是最具实际应用潜力的研究方向。
量子计算是利用量子力学的原理来进行信息处理的一种新兴技术。
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力学的叠加原理，扩展到经典物理学描述的宏观系统，从而提出了著名
的“薛定谔猫佯谬”。
二、 “薛定谔佯谬”的提出及其内涵
“薛定谔猫佯谬”的思想实验是这样的：一只不幸的猫被关在一个
密闭的盒中，盒中有一套极其残忍的装置：在盖革计数器中有少量放射
性物质，以至于在一个小时内可能有原子发生衰变，也可能没有一个原
子发生衰变。如果原子发生衰变，计数器便放电，并通过继电器，释放一
“薛定谔猫佯谬”的实验装置
用量子力学的语言说就是，当盒内的宏观系统（猫）与微观系统（辐
射原子）相互作用后，微观系统的量子相干叠加性就传递给了宏观系统，
从而使得猫也处于了相干叠加态。即整个系统的波函数处于了原子衰
变—— —死猫和原子没有衰变—— —活猫的量子关联之中：
ψ＞ ＝α ↓＞茚 活猫 ＞＋β ↑＞ 死猫 ＞
身之外，任何一个真实的系统，不论是量子的还是经典的，都与外部环
境有密切联系，是开放的系统。尤其是宏观物体，由于它们难以做到与
周围环境的完全隔离，它们与环境不可避免的耦合作用，所形成的宏观
系统和环境的量子纠缠态，是导致其量子相干性消失而经典性出现的
主要原因。
近年来量子测量关于“薛定谔猫佯谬”的实验研究取得了一系列新
解释的一些极端说法甚而认为，微观粒子不再是一种独立于观察者主
体的客观存在。“哥本哈根解释”的这种说法，不仅在物理学家内部引起
了激烈的争论，产生了长达数十年的玻尔—爱因斯坦之争，而且在国际
哲学界也引起了追随科学前沿的不同哲学流派的关注。
量子力学为何会引起诸多的观念之争？一个重要的原因在于，量子
力学作为深入到微观领域的理论，所描述的是一个与我们的直觉经验
一、 “薛定谔猫”产生的科学背景
２０ 世纪 ２０ 年代中期，以物理学家玻尔为首的“哥本哈根学派”对描
述微观世界物质运动规律的量子力学根解释”。根据“哥本哈根解释”，在微观
世界，由于测量仪器对于微观粒子存在着“不可控制”的干扰作用，因而
我们对于微观粒子测量，不再是一个独立于观测作用的客观过程。这一
图 ７ 程序框图 结语 ＡＴｔｉｎｙ１５Ｌ 是 Ａｔｍｅｌ 公司生产的 ＡＶＲ 单片机，虽然只有 ８ 个引脚，但 功能强大。用它设计一些小的智能电路，可以大大降低成本。本文详细介 绍了 ＡＴｔｉｎｙ１５ 构成的 ＡＤＣ 电路，并利用 Ｐｒｏｔｅｕｓ 实现了对 ＡＴｔｉｎｙ１５Ｌ 和 二极管显示模块的仿真，并在 ＡＤＣ 电路的基础上，添加二极管显示模 块构成一款数字电阻测试仪。
完全不一致的世界，其显著的特征是用经典的思维模式难以理解的。例
如，按照我们的习惯经验，一个物体在某一时刻只能处于一个确定的位
置或者一种确定的状态。例如将一枚硬币抛起而落地时，要么正面朝上
要么反面朝上，几率均为 １／２。然而，在量子世界，由经典物理学规定的
日常生活的规律不再适用。所有的微观粒子诸如电子、质子、光子等都
科技信息
高校理科研究
显示模块构成数字式电阻测量仪，利用 ＡＴｔｉｎｙ１５／Ｌ 具有的 １０ 位精度逐 次逼近型 ＡＤ 转换器，是把模拟信号直接转换成数字信号，测量电阻阻 值，并在显示器上显示成功。
图 ４ ＡＤＣ 预分频器 ＡＤＣＳＲ 的 ＡＤＰＳ０—ＡＤＰＳ２ 用于产生合适的 ＡＤＣ 时钟。一旦 ＡＤ－ ＣＳＲ 的 ＡＤＥＮ 置位预分频器就开始连续不断地记数直到 ＡＤＥＮ 清零。 ＡＤＳＣ 的作用是对 ＡＤＣ 进行初始化 ＡＤ 转换在 ＡＤＣ 时钟的上升沿启 动。
学院（ＮＩＳＴ）的一个实验小组成功实现了一个单原子级的“薛定谔猫”。这
是现代物理学史上在大于微观尺度的介观水平上成功实现的第一个
“薛定谔猫”实验。
“薛定谔猫”渐近退相干的微腔 ＱＥＤ 实验 １９９０ 年到 １９９８ 年，巴黎
一个实验小组利用腔中辐射场相干态的叠加，
（下转第 １２４ 页）
— １２２ —
２
ｃ２ 同处时于 ψ１＞ 态和 ψ2＞ 。根据量子理论，如果对两个关联的量子
态中的一个进行测量，就决定了另一个态的性质，即另一个量子态也发
生了“波包塌缩”。这似乎意味着信息的传递可以“超光速”，从而与狭义
相对论相冲突。爱因斯坦等人提出的“ＥＰＲ 佯谬”，正是由此产生的一个
测量问题。事实上，不仅爱因斯坦对量子理论的一些说法表示异议，甚
有一个奇怪的性质，即它们在同一个时刻可以既在这里又在那里，既是
粒子又是波，就像有分身法术一样。当我们不去观测它们时，它们就这
样同时以一定的几率处于多个位置或多种状态的叠加之中。而一旦你
去观测它们时，它们将以一定的几率处于一个确定的位置或者一种确
定的状态。微观粒子的这种性质是与我们的日常生活经验大相径庭的，
观猫的死活状态发生量子纠缠所致，薛定谔在猫“佯谬”中明确提出纠
缠态的概念。根据量子力学理论，自然界原则上是存在量子干涉的，但
是我们在现实生活中却几乎没有看到它们的存在。
近年来量子测量关于“薛定谔猫佯谬”的理论研究，已经取得了重
要突破，这主要以“退相干理论“的发展为标志。根据退相干理论，相干
叠加态只有在与世隔绝的情况下才能一直维持下去，然而，除了宇宙本
参考文献 ［1］佟长福.AVR 单片机 GCC 程序设计［M］.北京:北京航空航天大 学出版社,2006. ［2］周立功.AR M 嵌入式系统基础教程［M］.北京:北京航空航天大 学出版社,2005 ［3］ 林志琦, 郎建军等. 基于 Proteus 的单片机可视化软硬件仿真 ［M］. 北京:北京航空航天大学出版社,2006. ［4］王成华，王友仁，胡志忠编.现代电子技术基础.第一版.北京:北 京航空航天大学出版社，2005 ［5］Atmel Corpration.AVR ATiny 13/ 15 Data Shee［t Z］.2005 ［6］沈小丰主编.数字线路实验 - 数字电路实验.北京:清华大学出 版社，2007
四、结论 科学上的困惑导致哲学上的迷茫。然而从近年来量子测量的理论 与实验新进展来看，不论是宏观物体，还是微观物体，所谓的量子测量 导致的“波包塌缩“其实是一个客观的环境导致的、自然而然发生的动 力学退相干过程。这是一个很平常的、普遍存在的基本物理过程。其中， 经典性是量子系统退去相干性后保留下来的性质。这样，量子测量的理 论新进展就和实验一道，为曾经争论不休的量子测量中“量子态向经典
们日常所见到的诸如猫这样的宏观物体所呈现出的确定状态都是人眼
观察的结果？ 由量子测量派生出的这种“极端工具主义”的说法，自然难
以使信奉唯物主义的哲学家和物理学家信服。
三、从量子测量的新进展看“薛定谔猫佯谬”
近年来，人们对量子测量和量子纠缠的研究表明，“薛定谔猫”态实
为一个宏观与微观的纠缠态，即由微观原子的衰变与不衰变状态与宏
个小锤，把一个盛有氢氰酸的小瓶打碎。此时，氢氰酸挥发出来的毒气
就会把猫毒死。如果整个系统经过一个小时时间里没有任何一个原子
发生衰变，人们就可以说，猫还活着。由于辐射原子衰变与否完全遵循
的是量子力学的统计规律，因此在没有打开盒子进行观察之前，原子既 是衰变的又是不衰变的，所以猫既是死的又是活的。薛定谔就是用此装 置去抨击量子力学的非决定性，他把这种非决定性从微观尺度的放射 性衰变，转移到了宏观尺度的猫。
至薛定谔本人这位量子力学的重要创立者之一，也不满意他所发现的
所暗示的这种远距离的量子关联，更不赞同“哥本哈根解释”，而这可以
说是“薛定谔猫佯谬”产生的重要原因。正是因为有哲学上的争论，薛定
谔才会在提出量子力学的波动方程 ９ 年之后，于 １９３５ 年将量子理论应
用到宏观世界，即把在描述微观世界方面已经取得了极大成功的量子
态，则它们的线性叠加 ψ＞ ＝ｃ１ ψ１＞ ＋ｃ２ ψ2＞ 也是这个薛定谔方程的一
个解，代表微观粒子 Ａ 的一个量子叠加态，其中 ｃ１ 和 ｃ２ 是几率幅，满足
２
２
ｃ１ ＋ ｃ２ ＝１。这就意味着，描述微观世界量子行为的薛定谔方程本
２
身所蕴含的量子叠加特征，决定了微观粒子 Ａ 能以一定几率 ｃ１ 和
也曾使许多物理学家大惑不解，常常把微观粒子的这种多个位置或多
种状态同时共存的性质，说成是微观粒子的量子相干叠加性。根据量子
理论，微观粒子的量子相干叠加性是由 １９２６ 年薛定谔给出的薛定谔方
程决定的：
ｉ攸＝
鄣 鄣ｔ
ψ＞ ＝Ｈ ψ＞
（１）
根据薛定谔方程，假设 ψ１＞ 和 ψ2＞ 是描述微观粒子 Ａ 的两个本征
“薛定谔猫佯谬”是 ２０ 世纪 ３０ 年代著名物理学家薛定谔提出的一
个颇具困惑性的思想实验，它的产生不仅有科学上的诱因，而且有哲学
上的渊源。本文将对“薛定谔猫佯谬”产生的科学背景、物理本质以及蕴
含的哲学意义进行较为深入的分析，以促进我们对量子力学的本质的
进一步理解，同时解决长期围绕量子力学概念所展开的哲学观念之争。
进展。这些新进展给出了“薛定谔猫佯谬”直接的实验上的说明，从而使
得长期以来不同哲学流派围绕量子力学基本问题展开的主观论与客观
论、实在论和反实在论之争，有了科学实验的评判标准。表明经典态并
不是因为人们看它它才存在或者才有确定的态，这其中深藏着一种量
子向经典过渡的退相干机制曾经躲过了人们的眼睛。
单原子级的“薛定谔猫”的成功制备 １９９６ 年，美国国家标准与技术
科技信息
高校理科研究
“薛定谔猫佯谬”与量子力学新进展
南京理工大学紫金学院基础教学系物理教研室 史建新 陶 平
［摘 要］“薛定谔猫佯谬”看似是一个量子力学问题，实际上涉及到科学哲学研究中一些基本哲学观念之争。近年来，“薛定译猫佯 谬”的理论和实验研究新进展，使得死活叠加的薛定谔猫纠缠态及其退相干效应不再是可争论的而是可现察的物理行为。量子力学 是一门客观描述物理实在的科学理论。 ［关键词］薛定谔猫佯谬 量子力学 纠缠态 退相干